近日，資源昆蟲高效養(yǎng)殖與利用全國重點實驗室李田研究員課題組在微生物學(xué)Top期刊PLoS Pathogens在線發(fā)表了題為“Microsporidian Nosema bombycis hijacks host vitellogenin and restructures ovariole cells for transovarial transmission”的研究論文，揭示了家蠶微粒子蟲侵入家蠶卵母細胞的時間、路徑、形態(tài)、策略和關(guān)鍵分子機制。
長久以來，養(yǎng)蠶業(yè)一直受到微粒子病的嚴重危害。早在750多年前，我國現(xiàn)存最早的官修農(nóng)書《農(nóng)桑輯要》就記載了家蠶微粒病問題，提出淘汰病蛾、選留完好蠶種的防治辦法。19世紀，家蠶微粒子病在法國大流行，嚴重損害了法國蠶業(yè)發(fā)展。1865至1869年，“微生物學(xué)之父”路易·巴斯德（Louis Pasteur）受當時政府指派，前往法國南部解決微粒子病難題，建立了母蛾鏡檢法防治該病，此法仍沿用至今。家蠶微粒子病之所以難以防治，其根本原因是該病的病原——家蠶微粒子蟲（Nosema bombycis）能夠侵染宿主（家蠶、棉鈴蟲和斜紋夜蛾等鱗翅目昆蟲）的卵母細胞，導(dǎo)致子代卵先天帶毒（故有“蠶的艾滋病”之稱）。因此，家蠶微粒子蟲成為蠶種生產(chǎn)過程中的唯一法定檢疫對象。然而，該病原是如何侵入家蠶卵母細胞的呢？這是蠶業(yè)科學(xué)領(lǐng)域的一個百年科學(xué)命題。
研究發(fā)現(xiàn)，在蛹期3天卵巢管突破卵巢膜游離于血淋巴中時，家蠶微粒子蟲開始侵染卵巢管。此時，血淋巴中的病原與卵管表面黏附，從而侵入卵管鞘細胞并在其中增殖，繼而侵入緊鄰的濾泡細胞。自此，病原可通過以下兩條路徑侵入卵母細胞：（1）在濾泡細胞中增殖后，直接侵入卵母細胞；（2）從濾泡細胞先侵入滋養(yǎng)細胞，增殖后再侵入卵母細胞。對感染的濾泡細胞和滋養(yǎng)細胞進行超微觀察，發(fā)現(xiàn)細胞結(jié)構(gòu)發(fā)生重要變化：兩種細胞與卵母細胞間的間隙變窄或消失，并且兩種細胞中均發(fā)現(xiàn)包含有病原體的大囊泡結(jié)構(gòu)突入卵母細胞中。進一步分析發(fā)現(xiàn)，病原侵染卵巢管的時間與家蠶卵黃原蛋白（BmVg）的高量表達同步，而且病原在侵染過程中其表面均結(jié)合有家蠶卵黃原蛋白；后續(xù)實驗證實家蠶卵黃原蛋白可與病原表面的多種蛋白（SWP）結(jié)合；敲降家蠶卵黃原蛋白表達，以及利用抗體封閉家蠶卵黃原蛋白與病原表面蛋白的結(jié)合，發(fā)現(xiàn)卵巢管和子代卵粒的感染量均顯著降低，表明家蠶卵黃原蛋白與病原表面蛋白的結(jié)合是介導(dǎo)該病原垂直傳播的關(guān)鍵。進一步分析表明，家蠶卵黃原蛋白的VWD和DUF結(jié)構(gòu)域是介導(dǎo)其與病原表面蛋白結(jié)合的關(guān)鍵區(qū)域。
該研究不僅首次揭示了家蠶微粒子蟲侵入家蠶卵母細胞的詳細過程和策略，同時還發(fā)現(xiàn)了介導(dǎo)這一過程的關(guān)鍵分子，闡明了家蠶微粒子病經(jīng)卵垂直傳播的分子基礎(chǔ)，為利用基因編輯等技術(shù)創(chuàng)制胚傳抗性家蠶新素材和新品種提供了理論基礎(chǔ)和關(guān)鍵靶標。這有望從根本上攻克困擾蠶業(yè)生產(chǎn)數(shù)百年的微粒子病胚傳頑癥，為蠶業(yè)健康發(fā)展做出重要貢獻。
資源昆蟲高效養(yǎng)殖與利用全國重點實驗室博士生汪春霞、博士后于濱、實驗師孟憲志和碩士生夏丹為論文共同第一作者，周澤揚教授為論文共同通訊作者，李田研究員為論文最后通訊作者。該研究得到了國家自然科學(xué)基金面上項目、西南大學(xué)創(chuàng)新研究2035先導(dǎo)計劃項目和重慶市自然科學(xué)基金項目等資助。
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